铜对球墨铸铁石墨形状的影响及其控制方法

（一） 铜对石墨形状的影响

最早，美国福特汽车公司用球墨铸铁生产汽车曲轴时，采用铜—镁合金作球化剂，因而使铸件中带入了铜。一段时间以来，总认为铜对石墨形状有干扰破坏作用。其实，铜对石墨球形并不是有害的，而是铜带入的Ti、Pb、Bi、Sb、Sn、As、Te等元素的干扰起破坏作用，导致曲轴中出现畸变石墨。工业纯铜或电解铜实际上是不纯的，例如，工业纯铜含有0．028%的Pb；电解铜含有0．018%的Pb。因此，在生产含铜球墨铸铁时，不管加铜量是多少，必须考虑其中含有的干扰元素的作用。

当原铁液中含有的干扰元素很少，而且是用纯镁处理时，则加入质量分数为2%～3%的Cu并不会阻碍石墨球的形成。但是，如果原铁液中含有较多的干扰元素时，则加入1%～2%的Cu就会使石墨球有明显的畸变。如果原铁液中的干扰元素越多，则允许加入的铜量也就越少。在含铜球墨铸铁中所允许的干扰元素临界含量，一般要比不含铜的球墨铸铁要低。

在用稀土镁球化剂处理时，能把含铜球墨铸铁中干扰元素使石墨球畸变的作用予以抑制。此时，如果铁液非常纯净，加铜可改善石墨球的形状和增加石墨球数，铜的这种作用在厚大断面球墨铸铁中，显得特别突出。

根据现今国内一般的铁液纯净度，铜作为合金元素，通常以2%定为加入量的上限，以防止其中干扰元素破坏球化。

（二） 铜对球墨铸铁基体组织的影响

铜对球墨铸铁基体组织的影响可以归结为如下几方面：

（1）在共晶转变时，促进石墨化，可减少或消除游离渗碳体的形成。

（2）在共析转变时，促进珠光体的形成，可减少或完成抑制铁素体的形成。

（3）提高淬透性。

（4）改善铸件断面组织与性能的均匀性。

（5）对基体固溶强化。(www.xing528.com)

（6）对基体沉淀硬化。

（7）不形成游离渗碳体，不与碳形成碳化物。

（8）呈负偏析，铜元素富集在共晶团内部。

（三） 铜对球墨铸铁力学性能的影响

图5-12　含铜量对球墨铸铁退火和正火后力学性能的影响

图5-12是球墨铸铁分别经退火和正火处理后相应得到铁素体基体和珠光体基体时，含铜量对其力学性能的影响。图5-12中表明，无论是对于铁素体基体，还是对于珠光体基体，随铜量的增多，其强度和硬度均相应增加。但是断后伸长率δ的变化则不同，铁素体基体的球墨铸铁随含铜量的增多，断后伸长率明显下降，而珠光体基体的球墨铸铁则变化不大。

图5-13是不同含铜量对铸态球墨铸铁力学性能的影响。图5-13中的一组数据是铸态时大部分 （体积分数占70%）呈铁素体基体组织；另外两组数据是铸态时几乎全部 （分别含有体积分数为5%和体积分数为10%的铁素体）呈珠光体基体组织。对于铸态呈铁素体基体来说，加铜使抗拉强度σb有明显的提高，而断后伸长率δ则有明显的下降。对于铸态是珠光体基体的球墨铸铁来说，附加0．5%～2．0%的铜，对抗拉强度增加不多，对断后伸长率实际上也没有影响。

图5-13　含铜量对球墨铸铁铸态力学性能的影响

图5-14是有V形缺口的铁素体球墨铸试样，进行脆性转变温度的试验结果。随着含铜量的增加，球墨铸铁的冷脆转变温度升高，并且冲击韧度aK 值下降。